基于灰色關(guān)聯(lián)法的哈爾濱市土地可持續(xù)利用評價研究

鄢 然，雷國平，孫麗娜，徐 珊

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150030）

土地作為一種寶貴而且稀缺不可替代的自然資源，是人類生產(chǎn)和生活的重要場所[1]，也是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[2]。土地可持續(xù)利用是區(qū)域資源環(huán)境和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代，隨著可持續(xù)發(fā)展思想的提出，土地可持續(xù)利用研究日益成為土地科學(xué)研究的焦點，并引起國際社會的廣泛關(guān)注[3]。目前，很多學(xué)者針對不同研究區(qū)的土地可持續(xù)利用問題進行了分析[4－8]，并對土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系和方法進行了探討，土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系主要包括兩類：一是參照聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）提出的“生產(chǎn)性、安全性、保護性、經(jīng)濟性、社會性”五大指標(biāo)體系，二是“生態(tài)、經(jīng)濟、社會”三大指標(biāo)體系[9－12]；評價方法主要包括：主成分分析法、線性加成法、層次分析法、功效函數(shù)法、生態(tài)足跡評價法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[13－18]。但是，影響土地可持續(xù)利用水平的指標(biāo)因素較多，而又呈較強的不確定性和模糊性，選用灰色關(guān)聯(lián)法定量計算土地可持續(xù)利用水平更能夠確?？沙掷m(xù)利用水平值的準(zhǔn)確性。本文從資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性三方面建立土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系，運用熵值法計算指標(biāo)權(quán)重，采用灰色關(guān)聯(lián)法對2001—2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平進行定量評價，以期得到2001—2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平，并對土地可持續(xù)利用水平進行分析，得到哈爾濱市2001—2008年土地利用可持續(xù)發(fā)展水平的變化態(tài)勢。

1 研究區(qū)概況

哈爾濱市位于東北北部，東經(jīng)125°42′—130°10′、北緯44°04′—46°40′。哈爾濱市區(qū)及雙城市、呼蘭區(qū)地域平坦、低洼，東部10縣（市）多山及丘陵地。東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區(qū)，中部有松花江通過。哈爾濱市轄8區(qū)10縣（市），2008年，市域面積為53 068km2，其中建成區(qū)面積為340 km2，耕地為179.3萬hm2，森林覆蓋率達到44.6%。總?cè)丝跒?89.9萬人，市區(qū)人口為475.1萬人，城鎮(zhèn)化率達到48.5%。2008年糧食總產(chǎn)量達1 053.5萬t，國內(nèi)生產(chǎn)總值為2 814.8億元，其中第二產(chǎn)業(yè)1 028.4億元，第三產(chǎn)業(yè)1 426.1億元。

哈爾濱市是黑龍江省省會，也是東北北部政治、文化、經(jīng)濟中心，土壤肥沃，雨水充沛，礦產(chǎn)資源豐富，是中國重要的商品糧生產(chǎn)基地，也是發(fā)展食品加工業(yè)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的理想地。哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平直接影響其資源環(huán)境、經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，對哈爾濱市土地可持續(xù)利用評價研究有十分重要的意義。

2 土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

為了全面體現(xiàn)城市土地可持續(xù)利用水平，研究本著科學(xué)性、可操作性、系統(tǒng)性、動態(tài)性、全面性的原則，結(jié)合哈爾濱市實際情況，構(gòu)建基于資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性三個準(zhǔn)則層的哈爾濱市土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系[19－21]，詳見表1。

表1 哈爾濱市土地可持續(xù)利用評價指標(biāo)體系

3 哈爾濱市土地可持續(xù)利用定量評價

3.1 數(shù)據(jù)來源及處理

數(shù)據(jù)來源于《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》（2002—2010）、《哈爾濱市統(tǒng)計年鑒》（2002—2009）。所使用的數(shù)據(jù)是根據(jù)各項指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過計算得到。

3.2 評價原理

3.2.1 指標(biāo)權(quán)重的確定 本文選擇熵值法計算各個指標(biāo)權(quán)重，它是一種客觀賦權(quán)方法，通過計算指標(biāo)得信息熵，根據(jù)指標(biāo)數(shù)值之間的變化規(guī)律，以指標(biāo)數(shù)值之間的差異大小來衡量指標(biāo)對系統(tǒng)的影響，其差異程度越大，則權(quán)重越重[22－23]。該方法在評價對象數(shù)目較多，指標(biāo)體系較復(fù)雜時具有明顯優(yōu)勢，并且在確定權(quán)重時能夠減少主觀賦權(quán)帶來的主觀性，更具客觀性和科學(xué)性。

將各指標(biāo)規(guī)范化，計算第i年第j種指標(biāo)指標(biāo)值的比重Rij：

計算第j項指標(biāo)的熵值Hj：

計算第j項指標(biāo)的差異系數(shù)Gj：

計算各指標(biāo)的權(quán)重Wkj：

計算各準(zhǔn)則層的權(quán)重Wk：

式中：Rij——第i年第j個指標(biāo)值所占該指標(biāo)總值的比重；Pij——第i年第j個指標(biāo)的具體值；Hj——j個指標(biāo)的熵值；Gj——第j個指標(biāo)的差異性系數(shù)；Wkj——第k層第j個指標(biāo)的權(quán)重；Wk——第k層的權(quán)重。

3.2.2 綜合評價模型的建立 依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度理論，通過灰色系統(tǒng)動態(tài)過程（即歷年有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)）發(fā)展態(tài)勢的比較分析，將系統(tǒng)有關(guān)因素之間的各種關(guān)系呈現(xiàn)在人們面前，為系統(tǒng)預(yù)測、決策、控制提供有用信息和比較可靠的依據(jù)[24]。灰色關(guān)聯(lián)度分析是一種多因素統(tǒng)計方法，描述因素間關(guān)系強弱、大小和次序，是依據(jù)各因素數(shù)列曲線形狀的接近程度做發(fā)展態(tài)勢的分析，曲線越接近，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度就越大；反之，相應(yīng)序列之間的關(guān)聯(lián)度越小。

基于灰色關(guān)聯(lián)法，從資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性、社會可接受性三個方面對哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平進行評價。設(shè)土地可持續(xù)利用系統(tǒng)指標(biāo)變量為Pj（j＝1，2，…，24），鑒于土地可持續(xù)利用系統(tǒng)處于不斷變化之中，各指標(biāo)值在不同的發(fā)展時期亦有所不同，所以參考數(shù)據(jù)選擇時采取對土地可持續(xù)利用系統(tǒng)有正功效的指標(biāo)的最大值，負功效指標(biāo)的最小值。這樣組成的一組參考數(shù)據(jù)就是一組最優(yōu)指標(biāo)，能夠更加全面地反映土地可持續(xù)利用系統(tǒng)各指標(biāo)的最優(yōu)值。評價過程如下：

①確定參考數(shù)列P0和比較序列Pi。

P0＝｛P0（1），P0（2），…，P0（24）｝

Pi＝｛Pi（j）│j＝1，2，…，24｝，（i＝1，2，…，8）

②規(guī)范處理后得到Cij和新矩陣。

式中：Cij——規(guī)范處理以后第i年第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值；Pjmin——第j個指標(biāo)的最小值；Pjmax——第j個指標(biāo)的最大值。

③計算關(guān)聯(lián)系數(shù)εij。

式中：εij——第i個時刻比較曲線標(biāo)準(zhǔn)值Pj與參考曲線標(biāo)準(zhǔn)值P0的相對差值，這種形式的相對差值成為Pj對P0在i時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)；ρ——分辨系數(shù)，ρ∈[0，1]能夠減少極值對計算的影響。分辨系數(shù)ρ一般取0.5。

④計算評判結(jié)果。

式中：εij——第i年第k指標(biāo)與參考指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；Wkj——第k層第j個指標(biāo)的權(quán)重；Wk——第i年第k層的權(quán)重；Eki——第i年當(dāng)k＝1，2，3時的資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性的分?jǐn)?shù)；Ei——第i年的總體關(guān)聯(lián)度，也就是土地可持續(xù)利用總分。如果Eki越大，則資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性與最優(yōu)指標(biāo)P0越接近，則其水平越高；如果Ei越大，則所得總分越高，那么它們的關(guān)聯(lián)度越高，土地可持續(xù)利用水平也就越高。據(jù)此可以排列出各年份土地利用水平的優(yōu)劣次序。由于灰色關(guān)聯(lián)度同時也表現(xiàn)的是評價對象與最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)程度，得分越高則關(guān)聯(lián)度越高，與最優(yōu)值越接近，三者的協(xié)調(diào)度也越高。

3.2.3 評價標(biāo)準(zhǔn)的確定 根據(jù)評價結(jié)果，采用平均值加減標(biāo)準(zhǔn)差的方法，并參考其它同類型城市的評價等級標(biāo)準(zhǔn)進行修正，將研究區(qū)土地可持續(xù)利用評價水平劃分為5個等級（表2）。

表2 哈爾濱市土地可持續(xù)利用評價等級標(biāo)準(zhǔn)

3.3 評價結(jié)果分析

經(jīng)過計算，分別得到哈爾濱市土地可持續(xù)利用的資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可持續(xù)性和社會可接受性的評價值以及綜合關(guān)聯(lián)度（圖1）。通過對2001—2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用灰色關(guān)聯(lián)度的特征變化分析發(fā)現(xiàn)，這8a間，哈爾濱市資源環(huán)境協(xié)調(diào)性和經(jīng)濟可行性上升態(tài)勢明顯，社會可接受性波動較大，土地可持續(xù)發(fā)展綜合關(guān)聯(lián)度總體呈上升態(tài)勢。

2001—2008年哈爾濱市資源環(huán)境協(xié)調(diào)性來看，分?jǐn)?shù)值由0.502 7上升到了0.773 2，總體呈增長態(tài)勢，但是有所波動，在2002年時達到了最低點0.477 7，隨后2003—2005年都有所增長，到2006年又下降到0.608 3，在2007年達到最高點0.822 8，2008年分?jǐn)?shù)下降為0.773 2。從經(jīng)濟可行性方面來看，2001—2008年哈爾濱市經(jīng)濟可行性呈上升態(tài)勢，波動較小，從2001年的0.373 5上升到2008年的0.987 2，其中2006—2008年間增長較快。社會可接受性在2001—2008年間波動較大，從2001年0.661 3下降到2003年0.574 5，2004—2005年有所上升，2005年達到頂峰0.758 9，2006—2007年下降，直到2008年上升到0.626 4。

2001—2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用綜合關(guān)聯(lián)度來看，雖然土地可持續(xù)利用綜合關(guān)聯(lián)度呈上升態(tài)勢，但是也有小幅波動。其綜合關(guān)聯(lián)度從2001年0.482 7上升到2008年的0.778 4，年均增長3.7%。但是，2002年分?jǐn)?shù)值下降到0.475 4，2003—2005年分?jǐn)?shù)值持續(xù)上升，從0.478 0增長為0.605 0。2006年再次下降，分?jǐn)?shù)為0.563 4。2007—2008年，綜合關(guān)聯(lián)度快速上升，在2008年達到0.778 4，是8a來哈爾濱市土地可持續(xù)利用綜合關(guān)聯(lián)度的最高值。由2001—2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用綜合關(guān)聯(lián)度（表3）能夠判斷土地可持續(xù)利用水平。2001—2006年，哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平都處于中等水平，2007—2008年處于較高水平。

表3 2001－2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平等級

圖1 2001－2008年哈爾濱市土地可持續(xù)利用綜合評價值

4 結(jié)論

研究表明，哈爾濱市土地可持續(xù)利用水平是多種因素共同作用的結(jié)果。本文通過選取多個指標(biāo)，嘗試使用灰色關(guān)聯(lián)法對哈爾濱市土地可持續(xù)利用的資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性、社會可接受性進行定量分析，不僅能對土地可持續(xù)利用水平進行評價，還能夠反映三者之間的協(xié)調(diào)性。從評價結(jié)果看出，基于灰色關(guān)聯(lián)法的土地可持續(xù)利用評價能夠很好地契合哈爾濱市2001—2008年土地可持續(xù)利用實際水平，并且能夠反映這8a間土地可持續(xù)利用水平在時間序列上的發(fā)展態(tài)勢和變化幅度。結(jié)果表明：2001—2003年哈爾濱市土地利用的經(jīng)濟可行性為上升態(tài)勢，資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、社會可接受性和綜合關(guān)聯(lián)度為下降態(tài)勢；2004—2005年資源環(huán)境協(xié)調(diào)性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性以及綜合關(guān)聯(lián)度都處于上升態(tài)勢；2006—2008年資源環(huán)境協(xié)調(diào)性和社會可接受性為波動狀態(tài)，資源環(huán)境協(xié)調(diào)性先升后降，社會可接受性先降后升，而經(jīng)濟可行性和綜合關(guān)聯(lián)度持續(xù)快速上升。從評價結(jié)果中可以總結(jié)出，哈爾濱土地可持續(xù)利用水平在不斷提高，但是資源環(huán)境協(xié)調(diào)性應(yīng)該保持穩(wěn)定，減小波動；經(jīng)濟可行性需要保持增長的趨勢；社會可接受性亟需改善，提高社會可接受水平。

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